謝賢林 陸宗達(dá) 李美增

摘? 要：作為核電機(jī)組二回路熱力系統(tǒng)的一部分，除氧器用于完成對(duì)主給水的除氧供給蒸汽發(fā)生器，并將給水加熱到飽和溫度，為主給水泵提供凈正吸入壓頭，控制除氧器的壓力具有非常重要的意義。在文章第一部分作者概述了除氧器的作用和熱力除氧的原理。第二部分首先介紹了方家山核電機(jī)組除氧器的基本情況及主給水除氧器系統(tǒng)的工作流程，緊接著根據(jù)方家山除氧器設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行情況，分別從啟停情況、低負(fù)荷情況、正常運(yùn)行工況、汽機(jī)甩負(fù)荷、抽氣逆止閥試驗(yàn)等五種工況詳細(xì)闡述了除氧器在不同工況下，控制除氧器壓力的信號(hào)來源、壓力控制機(jī)構(gòu)及控制原理，對(duì)運(yùn)行人員理解并掌握機(jī)組各類運(yùn)行工況下除氧器壓力控制，保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行有積極的幫助。

關(guān)鍵詞：除氧器;汽水循環(huán);壓力控制

中圖分類號(hào)：TK223.5+22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）11-0135-02

Abstract： As a part of the second loop thermal system of the nuclear power unit， the deaerator is used to complete the deaeration supply steam generator to the main feed water， heat the feed water to the saturation temperature， and provide the net positive suction head of the main feed water pump. It is of great significance to control the pressure of the deaerator. In the first part of this paper， the author summarizes the function of deaerator and the principle of thermal deaeration. The second part first introduces the basic situation of the deaerator of Fangjiashan nuclear power unit and the work flow of the main feed water deaerator system， and then according to the design and actual operation of Fangjiashan deaerator， the deaerator under different operating conditions are described in detail from five operating conditions， such as start and stop， low load， normal operating conditions， turbine load rejection， exhaust check valve test， etc. The signal source， pressure control mechanism and control principle of controlling the deaerator pressure are of positive help to the operators to understand and master the deaerator pressure control under various operating conditions and to ensure the safe and economical operation of the unit.

Keywords： deaerator; steam-water cycle; pressure control

1 概述

1.1 除氧器簡(jiǎn)介

二回路給水或凝結(jié)水中溶解氧含量過高會(huì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備造成腐蝕。在壓水堆核電廠中，需嚴(yán)格控制二回路水質(zhì)以減少蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂事故（SGTR）發(fā)生頻率，因此必須對(duì)二回路給水進(jìn)行除氧，使核電廠二回路給水含氧量小于5ppb。

給水除氧分為化學(xué)除氧和熱力除氧兩類，化學(xué)除氧利用化學(xué)藥劑（例如通過SIR系統(tǒng)添加聯(lián)氨），使水中游離的氧形成化合物，它能達(dá)到較為徹底的除氧效果，但不能除去其他氣體。通?；瘜W(xué)除氧和物理除氧相結(jié)合使用，已達(dá)到更好的除氧效果。物理除氧方面，凝汽器兼有真空除氧的作用，而主除氧器作為熱力除氧，采用水受熱沸騰時(shí)所含氧氣等不凝氣體析出的原理來去除氧氣和其他氣體。

此外，作為二回路加熱系統(tǒng)的一部分，除氧器還承擔(dān)以下功能：（1）接受高壓缸排汽及二回路熱力循環(huán)各系統(tǒng)設(shè)備疏水，并將凝結(jié)水加熱至具有飽和溫度的給水。（2）作為二回路的緩沖水箱，儲(chǔ)存一定量的給水，以應(yīng)對(duì)蒸汽發(fā)生器給水需求與供應(yīng)間的失配，同時(shí)保證入口水壓避免主給水泵汽蝕。（3）將不凝氣體排入凝汽器或大氣。

1.2 除氧器工作原理

熱力除氧原理的基礎(chǔ)是亨利定律和道爾頓分壓定律。

亨利定律：?jiǎn)挝惑w積水體中某種氣體的溶解量b與其水面上的氣體分壓力pb成正比。

道爾頓定律：混合氣體的全壓力等于各氣體組分分壓力之和。

由以上兩個(gè)定律知，降低給不凝水氣體含量的關(guān)鍵是減小它們的分壓。若不凝氣體分壓趨于零，則它們?cè)谒械娜芙饬恳蚕鄳?yīng)變得很低。當(dāng)給水加熱到飽和溫度，若水蒸氣的分壓趨近于全壓，則其他氣體的分壓便趨近于零，其他氣體在水中的溶解量就趨近于零。熱力除氧即將水加熱至飽和溫度，使水中溶解的不凝氣體分壓趨近于零以達(dá)到除氧目的。

2 除氧器壓力調(diào)節(jié)

2.1 方家山主給水除氧器概況

方家山除氧器布置于廠房標(biāo)高為20.5m的除氧層。除氧器采用噴霧一體化式設(shè)計(jì)，內(nèi)裝有四個(gè)噴嘴。低壓凝結(jié)水管道各與一個(gè)噴嘴相連，噴嘴將凝結(jié)水霧化噴出，加速除氧和加熱的過程。蒸汽吹掃過這些霧化水滴，使其中的不凝結(jié)氣體釋放出來，并將給水加熱到接近飽和溫度。

除氧器上有兩套各自獨(dú)立的主加熱蒸汽裝置和一套輔助蒸汽裝置，設(shè)計(jì)成母管加支管型式，母管高于正常水位，通過支管將蒸汽引入除氧器的底部，耙管被給水淹沒。兩套大的主加熱耙管在正常運(yùn)行、瞬態(tài)運(yùn)行及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)使用，小的輔助蒸汽耙管在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)使用。蒸汽耙管的端部開有許多小孔，蒸汽通過小孔進(jìn)入給水中，上升的蒸汽鼓泡后上升與凝結(jié)水充分換熱完成除氧過程。

2.2 除氧器壓力控制

本節(jié)分五種情況來討論除氧器壓力控制。除氧器壓力控制系統(tǒng)模擬圖如圖1所示。

2.2.1 除氧器啟停期間壓力控制

此時(shí)機(jī)組處于啟動(dòng)初期或停運(yùn)階段，主蒸汽VVP不可用，需通過輔助蒸汽SVA來維持除氧器壓力。壓力實(shí)測(cè)值由ADG002/003/004MP三只壓力計(jì)測(cè)出，其測(cè)量值取中值后與整定值0.02MPa進(jìn)行比較，其偏差送PI調(diào)節(jié)器后，控制輔助蒸汽進(jìn)除氧器調(diào)節(jié)閥ADG009VV開度，由輔助蒸汽保持除氧器0.02MPa定壓運(yùn)行，并除氧器中的給水加熱到飽和溫度104℃，以達(dá)到預(yù)除氧或維持除氧器熱態(tài)的目的。

2.2.2 低負(fù)期間除氧器壓力控制

當(dāng)核電機(jī)組負(fù)荷低于20%FP，除氧器加熱蒸汽切換到主蒸汽，利用主蒸汽調(diào)節(jié)閥ADG003VV將除氧器壓力控制在0.17MPa下定壓運(yùn)行。除氧器壓力實(shí)測(cè)值由ADG002/003/004MP三只壓力計(jì)測(cè)出，其測(cè)量值中選后與整定值0.17MPa比較，兩者偏差送PI調(diào)節(jié)器控制新蒸汽閥003VV，由新蒸汽維持除氧器壓力在0.17MPa下定壓運(yùn)行。

2.2.3 正常運(yùn)行工況

當(dāng)汽輪機(jī)高壓缸排氣壓力達(dá)到0.17MPa后，可利用高壓缸排氣來加熱除氧器，由于管線上只設(shè)有抽汽逆止閥與電動(dòng)隔離閥，故除氧器壓力隨負(fù)荷在0.17～0.821MPa之間變化，其壓力是汽輪機(jī)負(fù)荷的函數(shù)，在此期間除氧器受控滑壓運(yùn)行。

2.2.4 汽機(jī)甩負(fù)荷過程中除氧器壓力控制

反應(yīng)堆不停堆，汽輪機(jī)大量甩負(fù)荷的典型工況是汽輪機(jī)從滿功率甩負(fù)荷至帶廠用電運(yùn)行，在該工況中反應(yīng)堆控制系統(tǒng)發(fā)出開啟第一組、第二組、第四組旁路閥，第一組、第二組將主蒸汽排向凝汽器，第四組旁路閥將主蒸汽排向除氧器，第四組旁路閥有三個(gè)旁路閥，分別是ADG003VV/005VV/007VV。如果是反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出開啟第四組旁路閥信號(hào)，第四組旁路閥開啟后50秒關(guān)閉。因汽輪機(jī)旁路排放開啟信號(hào)優(yōu)先于除氧器壓力控制，在第四組旁路排放閥全開時(shí)，除氧器壓力快速上升，當(dāng)除氧器壓力達(dá)到0.95MPa，發(fā)出除氧器壓力高報(bào)警信號(hào)（若情況嚴(yán)重，可能導(dǎo)致安全閥起跳）。

50秒后GCTc第四組旁路排放閥關(guān)閉，導(dǎo)致除氧器壓力驟降，當(dāng)除氧器壓力降至甩負(fù)荷前的壓力時(shí)，壓力控制器快速重新依次開啟主蒸汽排放閥ADG003VV/005VV/007VV，壓力維持在汽輪機(jī)甩負(fù)荷前的壓力，直到三個(gè)排放閥全部開啟為止，維持除氧器在甩負(fù)荷前的壓力下運(yùn)行250秒后，可以手動(dòng)依次緩慢關(guān)閉主蒸汽排放閥ADG003/005/007VV，降低除氧器壓力至高壓缸排汽壓力。若汽輪機(jī)負(fù)荷階躍下降超過10%額定功率，但反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)沒有發(fā)出開啟第四組旁路閥的信號(hào)，除氧器壓力控制器迅速開啟主蒸汽排放閥ADG003/005/007VV，維持除氧器壓力在甩負(fù)荷之前的水平300秒后，依次緩慢關(guān)小主蒸汽排放閥將除氧器加熱蒸汽切換到高壓缸排汽，除氧器壓力慢慢降低到高壓缸排汽壓力。

當(dāng)微分運(yùn)算后的高壓缸排汽壓力降低速率大于定值時(shí)，可確認(rèn)汽機(jī)在甩負(fù)荷。除氧器壓力“凍結(jié)”，延時(shí)50秒后形成初始整定值。該整定值與實(shí)測(cè)壓力中值的偏差送PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)003/007VV的開度，控制新蒸汽維持除氧器壓力在甩負(fù)荷前的水平。250秒后差壓開關(guān)向函數(shù)發(fā)生器001GD整定值置為零，關(guān)閉003/007VV，跟蹤除氧器壓力。

2.2.5 抽氣逆止閥試驗(yàn)時(shí)的壓力控制

機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行期間，需定期進(jìn)行除氧器抽汽逆止閥ADG001VV的帶負(fù)荷試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)除氧器壓力有大幅降低的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)密切進(jìn)行關(guān)注，必要時(shí)可使用備用汽源（新蒸汽或輔助蒸汽）對(duì)除氧器進(jìn)行加熱。試驗(yàn)時(shí)閥門關(guān)閉后故障處理時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)造成除氧器壓力降低，會(huì)明顯降低機(jī)組效率，此時(shí)需適當(dāng)降機(jī)組功率以防止核功率超功率運(yùn)行（按照運(yùn)行技術(shù)規(guī)范）。試驗(yàn)時(shí)若出現(xiàn)除氧器壓力波動(dòng)大的情況，有可能造成水位計(jì)指示不準(zhǔn)，在出現(xiàn)異常時(shí)要對(duì)水位控制給予關(guān)注。

3 結(jié)束語

除氧器在方家山核電工程二回路熱力系統(tǒng)是非常重要的設(shè)備，它能較為經(jīng)濟(jì)和安全可靠地完成二回路給水的除氧，同時(shí)，作為二回路熱力循環(huán)系統(tǒng)的重要部分，除氧器可視為回?zé)嵯到y(tǒng)，提高了機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于大型核電機(jī)組，除氧器本身筒體體積大且長(zhǎng)，在機(jī)組啟動(dòng)階段，可適當(dāng)增設(shè)除氧循環(huán)泵，對(duì)除氧器內(nèi)部的水進(jìn)行充分混合，使除氧器內(nèi)部加熱均勻，提高除氧效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]臧希年.核電廠蒸汽動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)[M].北京：原子能出版社，2010：166-177.

[2]李焱.一體除氧器的應(yīng)用和分析[J].電站輔機(jī)，2008（104）：9-15.

[3]顧進(jìn).除氧器暫態(tài)過程的分析[J].華東電力，1998（6）：23-25.

[4]王海濤.主給水除氧器系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)第6.3節(jié)模擬圖[Z].2010：6-12.